■張娟

1. 概述

隨著船舶、礦機等大型復雜鑄件市場的需要，對模樣及芯盒質(zhì)量提出了更高的要求，通過總結前期鋼木結構模板及鋼木結構芯盒框的成功經(jīng)驗，不斷研究、討論、模擬，將鋼結構引入模樣內(nèi)骨架，以增加模樣的強度、尺寸穩(wěn)定性、使用壽命及可操作性，且由于鋼材的可重復利用性，從而大幅降低了模樣及芯盒的制作成本。

木材由于其本身的特性，已經(jīng)遠不能滿足現(xiàn)代鑄造對模樣及芯盒的要求，根據(jù)前期使用鋼材的經(jīng)驗，本文針對大型及部分高檔鑄件對模樣及芯盒強度有特殊生產(chǎn)要求時進行技術改進，增加鋼材的使用量，在模樣及芯盒的關鍵部位使用鋼材，以增加其使用強度，為今后生產(chǎn)大型或要求較高的鑄件打下良好的基礎。

圖1 船舶支架鑄件

2. 質(zhì)量改進

（1）船舶類鑄件 船舶支架（見圖1）空間復雜曲面完全屬于三維空間模型，其圈料制作難度極大，強度根本無法保證，且由于船舶支架本身的結構設計，模樣及芯盒非常容易變形，尺寸精度也很難保證。如果按照常規(guī)的制作方法，不但耗材嚴重，而且非常笨重，對填砂造型增加了很大的難度，砂型制造質(zhì)量也很低，合型時損毀率非常高，對于后續(xù)所鑄造出的產(chǎn)品影響很大，廢品率也較高，最高達到了90%以上。這種類型的模樣及芯盒制作技術在國內(nèi)尚沒有成功的制作方案，目前在國內(nèi)屬于一個技術盲點。

此次變更設計的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種工藝方法獨特、強度高、制作效率高、滿足顧客精度要求，且適用于遠洋科考船、深水鉆井船用船舶支架的一種空間復雜曲面芯盒的制造方法，如圖2、圖3所示。

為了實現(xiàn)設計目的，制作過程如下方式完成。

第一，選材：采用木材制作支架芯盒本體，在本體外加20mm厚隨形鋼架進行承載加固。

第二，建立模具三維空間模型：利用UG軟件，采用逐點網(wǎng)格曲面法對模型進行三維空間建模，然后圍繞模型設計隨形鋼架，保證鋼架與支架芯盒本體完全吻合。

第三，制作主承載鋼架：按前述設計的芯盒尺寸及形狀，精確地焊接出隨形鋼架。

第四，制作芯盒毛坯：采用焊接好的主承載鋼架進行分段圈料，各段再分區(qū)域圈輞料，在各段圈輞料時按工藝要求，留大填砂臥料口。

第五，加工芯盒：運用先前建立好的三維模型，通過計算機編程形成標準的加工程序，然后在五軸CNC上進行產(chǎn)品制作，最后將加工成形的芯盒進行表面處理，保證表面質(zhì)量。

第六，芯盒檢測：采用精密的激光跟蹤儀對芯盒尺寸進行全面檢測，并與三維空間計算機模型進行對點檢測，保證芯盒本身尺寸及形位精度。

制作要求：①隨形鋼架為鋼板，規(guī)格尺寸為厚5～30mm、寬30～150mm、長度隨模型。②焊接隨形鋼架時鋼架分三段焊接。③鋼骨架采用厚5～30mm、寬30～150mm規(guī)格的鋼板進行10mm滿焊焊接。④大填砂臥料口大小為300～500mm。

采用鋼結構后，采用新芯盒的制芯效率大大提升，制芯控制在1.5h內(nèi)，拆芯控制在1h內(nèi)，效率提升3倍，鑄件廢品率由66.7%降低到12.5%，在合型過程中，縫隙控制在1mm左右，完全滿足鑄造現(xiàn)場的技術質(zhì)量要求。通過再次生產(chǎn)調(diào)整，現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)鑄件零廢品，鑄件尺寸完全滿足顧客要求，并且能夠給顧客提供批量化的供應。

（2）風電類鑄件 風電類的定軸產(chǎn)品（見圖4），該產(chǎn)品長3700mm，一端直徑500mm，另一端直徑1354mm，整個鑄件呈圓柱體，用戶對同軸度要求很高。

芯盒材料如全采用木材制作，不僅強度差，在鑄造現(xiàn)場操作困難，生產(chǎn)效率低下，危險隱患大，且造成鑄件同軸度達不到顧客的要求。由于質(zhì)量差的原因?qū)е碌膹U品率達到了9 5%以上，造成鑄造不能批量生產(chǎn)的困難瓶頸。

為了解決這一問題，制作過程采用如下方式完成。

第一，建立芯盒三維空間模型：利用UG軟件，設計芯盒結構，利用三維點測方式，保證設計鋼架能夠滿足芯盒尺寸需要。

第二，鋼骨架內(nèi)部引入木材鋪設，確保木材能夠保證50mm厚度。

第三，制作芯盒毛坯：將整個芯盒分成兩半制作，保證尺寸的精度，整體的半圓柱結構，能夠完全屏蔽掉前期同軸度差的問題。

第四，加工芯盒：運用先前建立好的三維模型，通過計算機編程形成標準的加工程序，然后在五軸CNC上進行產(chǎn)品制作，最后將加工成形的芯盒進行表面處理，保證表面質(zhì)量。

第五，芯盒檢測：采用精密激光跟蹤儀對芯盒尺寸進行全面檢測，并與三維空間計算機模型進行對點檢測，保證芯盒本身尺寸及形位精度。

制作要求：①外圍使用100mm×100mm的方鋼。②內(nèi)部用30mm厚的鋼板彎曲后，滿焊制作。③內(nèi)部留有50mm左右的量鋪木料，確保芯盒尺寸精度。④五軸數(shù)控加工中心完成最后的芯盒表面成形，結構如圖5、圖6所示。

在鑄造現(xiàn)場生產(chǎn)驗證后，對這一結構得到了一致的肯定，制芯時間由原來的半天壓縮到20mi n，完全消除現(xiàn)場操作的安全隱患，由于兩半都是整體，砂芯精度提升，合型過程簡單化，尺寸精度提升，鑄件的同軸度完全符合用戶要求。

圖2 部分設計

圖3 整體設計

圖4 定軸

圖5 整體鋼結構

圖6 一半鋼結構

3. 結語

通過在大型鑄造用模樣及芯盒中引入鋼結構骨架，提高了其使用強度，滿足了鑄件批量生產(chǎn)的需要，提高了鑄件的尺寸精度，實現(xiàn)了與用戶雙贏的目標。